DE3330802C2 - Procedure for assessing dangerous rockfall stresses and measuring device - Google Patents
Procedure for assessing dangerous rockfall stresses and measuring deviceInfo
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Abstract
Zur Beurteilung gebirgsschlaggefährlicher Spannungen werden neben der aufgewendeten Energie und der Drehzahl des Bohrwerkzeuges auch das Drehmoment und der Andruck gemessen und ausgewertet. Damit sind zwei unabhängig voneinander stattfindende Teilmeßverfahren gegeben, die sowohl technische Mängel wie auch menschliche Unzulänglichkeiten weitgehend ausschalten. Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Meßvorrichtung, bei der der Bohrmaschine ein Kraftmesser zur Ermittlung des Andrucks und nötigenfalls eine Meßwelle zur Ermittlung des Drehmomentes zugeordnet sind.In order to assess stresses that are dangerous in rock formations, in addition to the energy used and the speed of the drilling tool, the torque and the pressure are also measured and evaluated. This results in two partial measuring processes that take place independently of one another and that largely eliminate both technical and human inadequacies. A measuring device is used to carry out the method, in which the drilling machine is assigned a dynamometer for determining the pressure and, if necessary, a measuring shaft for determining the torque.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung gebirgsschlaggefährlicher Spannungen, insbesondere im untertägigen Steinkohlenbergbau, durch Einbringen von Bohrungen und Feststellung, Registrierung und Vergleichen der dabei anfallenden Kenngrößen für die aufgewendete Energie und/oder die Umdrehungen des Bohrwerkzeuges sowie ggfs. der anfallenden Bohrmehlmenge. The invention relates to a method for assessment tensions that are dangerous for rockfalls, especially in underground hard coal mining, by introducing them of drilling and determination, registration and comparison of the resulting parameters for the Energy expended and / or the revolutions of the drilling tool and, if applicable, the amount of drilling dust produced.
Gebirgsschläge treten durch die explosionsartige Auslösung von Spannungen im Gebirge auf. Dabei erfolgt gleichzeitig das Ausschleudern erheblicher Kohle- und Gesteinsmengen die Mensch und Material erheblich gefährden. Es sind Verfahren entwickelt worden, mit denen die Gefahr auf ein Mindestmaß beschränkt werden soll, indem die gebirgsschlaggefährdeten Bereiche rechtzeitig ermittelt, z. B. durch Testbohrungen, und dann Gegenmaßnahmen, meist sogenannte Eritspännungsbohrungen, vorgenommen werden. Bei diesen Test- und Entspannungsbohrungen werden in der Praxis zur Zeit die je Bohrmeter anfallende Bohrmehlmenge sowie die hierbei ausgelösten Entspannungsgeräusche und »andere Anzeichen« notiert und als Aufschlüsse über den Druckzustand des Kohlenstoßes verwendet. Hierzu sind Richtlinien des Landesoberbergamtes Nordrhein-Westfalen entwickelt worden.Mountain blows occur through the explosive release of tensions in the mountains. This takes place at the same time, the ejection of considerable amounts of coal and rock significantly affects people and material endanger. Methods have been developed to minimize the risk should be determined by the rockfall risk areas in good time, z. B. by test drilling, and then countermeasures, usually so-called Eritspännungsbohrungen, be made. In practice, these test and relaxation bores currently the amount of drilling dust accruing per meter of drilling as well as the relaxation noises triggered by this and "other signs" and used as information about the pressure state of the coal face. For this purpose, guidelines have been developed by the North Rhine-Westphalia State Mining Authority.
In Ergänzung oder als Ersatz zu diesen bekannten Verfahren ist, wie die DE-PS 31 00 984 wiedergibt, die Erfassung von Meßgrößen für derartige Bohrungen vorgeschlagen worden, wobei die aufgewendete Energie und/oder die Umdrehungszahlen des Bohrwerkzeuges automatisch ermittelt und zur Beurteilung .">erangezogen werden. Während die Ermittlung der Bohrmehlmenge und die Beachtung der Entspannungsgeräusche unter Umständen arbeitsaufwendig und das Ergebnis mit menschlichen Unzulänglichkeiten behaftet ist, gibt die Erfassung der Kenngrößen Energieaufwand und/ oder Drehzahl nicht in allen Fällen einen eindeutigen Zusammenhang mit dem Gebirgsdruck oder den Bohrmehlmengen. Eine insbesondere von der menschlichen Unzulänglichkeit unabhängige Beurteilung de«· gebirgsschlaggefährlichen Spannungen ist somit nur bedingt erreichbar.In addition to or as a replacement for these known processes, as DE-PS 31 00 984 reproduces, the Detection of measurands for such wells has been proposed, with the energy expended and / or the number of revolutions of the drilling tool is automatically determined and used for assessment. "> will. While determining the amount of drilling dust and paying attention to the relaxation noises may be labor-intensive and the result may be subject to human inadequacies the recording of the parameters energy expenditure and / or speed is not always clear Relation to the rock pressure or the drilling dust quantities. One in particular from the human Inadequacy of independent assessment of the risk of rockfall Tension can therefore only be achieved to a limited extent.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit des Testbohrverfahrens gegen menschliche Unzulänglichkeiten und gegen technische Mängel wesentlich zu erhöhen und geeignete Meßvorrichturigen dafür zu schaffen.The invention is based on the object of security of the test drilling process against human inadequacies and against technical deficiencies to increase and to create suitable measuring devices for it.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß neben der aufgewendeten Energie je Meter Bohrfortschritt und/oder der Zahl der Umdrehungen des Bohrwerkzeuges je Meter Bohrfortschritt auch der Andruck und oder das Drehmoment gemessen werden.The object is achieved according to the invention in that, in addition to the energy expended, per meter of drilling progress and / or the number of revolutions of the drilling tool per meter of drilling progress and the pressure and / or the torque can be measured.
Durch die Einbeziehung der weiteren Meßgrößen Andruck und ggfs. Drehmoment ist eine eindeutige Interpretation der Gefahrensituation gegeben, wobei durch die automatische Ermittlung dieser Meßgrößen die menschlichen Unzulänglichkeiten weiter erheblich eingeschränkt sind. Die Umdrehung der Bohrstange je Längeneinheit Bohrfortschritt ist bei gleichbleibendem Drehmoment der Energie proportional. Das Drehmoment ändert sich aber, wenn sich dir Druck, der in der Kohle herrscht, ändert, wobei dies bis zum Festklemmen der Bohrstange führen kann. Die Messung des Drehmomentes gibt somit Aufschluß über die Gebirgsdruckwirkungen, die auch den Energieverbrauch mitbestimmen. Normalerweise wird bei einem zu geringen Andruck nur wenig Bohrklein losgelöst, während bei einem übermäßigen Andruck der Bohrmaschine ein zu hohes Drehmoment abverlangt wird. Der Energieverbrauch oder die Umdrehungszahl muß daher stets auf den Andruck bezogen werden. Beim Bohren unter hohem Gebirgsdruck kommt noch hinzu, daß die Materialeigenschaften wechseln, sobald die Kohle wegen dieses Gebirgsdruckes spontan in das Bohrlochtiefste hineinbricht. Dann geht der Andruck in charakteristischer Weise zurück und kann sogar negativ werden. Dies wird als Ziehen des Gestänges bezeichnet. Mit Hilfe dieser Kenngrößen sowie der aufgewendeten Energie und/ oder der Drehzahl kann in vorteilhafter Weise eine ausreichend genaue Bestimmung der gebirgsschlaggefährlichen Spannungen vorgenommen werden.The inclusion of the other measured variables pressure and, if necessary, torque is a clear interpretation given the dangerous situation, with the automatic determination of these measured variables the human inadequacies are further significantly limited. The rotation of the boring bar each Unit of length The drilling progress is proportional to the energy provided the torque remains the same. The torque but changes when you feel the pressure in the Coal prevails, changes, and this can lead to the jamming of the drill rod. The measurement of the Torque gives information about the rock pressure effects, which also determine the energy consumption. Normally only a small amount of cuttings is detached if the pressure is too low, while with Too high a torque is demanded from excessive pressure on the drill. The energy consumption or the number of revolutions must therefore always be related to the pressure. When drilling under high Rock pressure is added that the material properties change as soon as the coal because of this Mountain pressure breaks spontaneously into the depth of the borehole. Then the pressure is more characteristic Reject and can even turn negative. This is known as pulling the linkage. With the help of this Characteristic variables and the energy expended and / or the speed can advantageously be a sufficient precise determination of the dangerous rockfall stresses.
Nach einer Ausbildung der Erfindung wird zusätzlich zu den Kenngrößen Drehzahl, Energie, Drehmoment -und Andruck parallel auch die je Meter Bohrfortschritt anfallende Bohrmehlmenge ermittelt. Dies bringt eine optimale Bewertung und Beurteilung der gebirgsschlaggefährlichen Spannungen. Da nun mehrere miteinander im Zusammenhang stehende Kenngrößen zur Verfügung stehen, die darüber hinaus auch noch weitgehend unabhängig von menschlicher Beeinflussung ermitteltAccording to one embodiment of the invention, in addition to the parameters speed, energy, torque -and pressure in parallel also the drilling progress per meter the amount of drilling dust produced is determined. This brings an optimal assessment and assessment of the rockfall hazard Tensions. Since several interrelated parameters are now available which are also determined largely independently of human influence
werden, ist auch bei Ausfall des einen oder anderen Wertes eine sichere Beurteilung gegeben. Gefährliche Flözspannungen geben sich stets durch erhöhte Bohrmehlmengea zu erkennen. Umgekehrt können erhöhte Bohrmehlmengen beim Testbohren aber auch auftreten, wenn die Spannungen ungefährlich, die Kohle aber sehr locker ist Das kann zum Beispiel in tektonisch gestörten Zonen der Fall sein. Da nun durch die zusätzlichen Kennwerte auch bei solchen Verhältnissen eine einwandfreie Beurceilung der gebirgsschlaggefährlichen Spannungen möglich ist kann auch bei solchen Situationen auf Entspannungsbohrungen verzichtet werden, die ansonsten bei nur Bohrmehlmengenermittlung vorsichtshalber vorgenommen werden müßten. Allein hierin liegt schon ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, weil mit derartigen, vorsichtshalber vorgenommenen Entspannungsbohrungen ein erheblicher Kostenaufwand verbunden wäre. Abgesehen davon, kann bei ungünstigen Verhältnissen auf die Ermittlung der Bohrmehlmenge ganz verzichtet werden, insbesondere wenn durch sehr starken Wetterzug das Bohrmehl teilweise weggeweht wird. Die anderen Kenngrößen lassen dann immer noch eine einwandfreie Beurteilung zu. Die Bohrmehlmessungen könnest in solchen Fällen auf die Testbohrungen oder Teiltestbohrungen beschränkt werden, die Gefahren anzeigende Bohrkenngiößen hervorbringen.a reliable assessment is given even if one or the other value fails. Dangerous Seam stresses can always be recognized by an increased amount of drilling dust. Conversely, increased However, drilling dust quantities also occur when the tensions are not dangerous, but the coal is very This can be the case, for example, in tectonically disturbed zones. Since now through the additional Characteristic values, even under such conditions, provide a proper assessment of the rockfall hazard Stresses is possible, stress relief drilling can also be dispensed with in such situations otherwise it would have to be carried out as a precaution when only determining the amount of drilling dust. Alone in this is already a significant advantage of the method according to the invention, because with such, as a precaution stress relief bores carried out would be associated with considerable costs. Apart from this, In the case of unfavorable conditions, the determination of the drilling dust quantity can be dispensed with entirely, in particular when the drilling dust is partially blown away by very strong weather drafts. The others Parameters then still allow a flawless assessment. The drilling dust measurements could be in such In cases to which test boreholes or partial test boreholes are limited, the drilling parameters indicating the dangers bring forth.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient eine Meßvorrichtung, bei der der Bohrmaschine eine Meßwelle und ein Kraftmesser zugeordnet ist Ober die Meßwelle wird das Drehmoment ermittelt, während über den Kraftmesser der Andruck zu ermitteln und festzuhalten istA measuring device in which the drill a measuring shaft and a dynamometer are assigned to the measuring shaft, the torque is determined, while the force gauge is used to determine and record the pressure
Dabei wird die Meßwelle zweckmäßig zwischen Bohrstange und Bohrmaschine angeordnet, um das Drehmoment sicher zu ermitteln. Auch der Kraftmesser ist zweckmäßig an dem in der Bohrmaschine geführten Ende der Bohrstange oder in der die Bohrstange aufnehmenden Bohrung innerhalb der Bohrmaschine angeordnet. The measuring shaft is expediently arranged between the drill rod and the drill in order to Torque to be determined reliably. The dynamometer is also useful on the one in the drill End of the drill rod or arranged in the bore receiving the drill rod within the drill.
Um den meßtechnischen Aufwand möglichst zu beschränken, ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Meßwertaufnehmer für Drehmoment und Andruck mit denen für die Drehzahl und/ oder den Energiebedarf kombiniert ausgebildet sind. Dabei kann sowohl Drehzahl und Andruck, wie auch Drehmoment und Drehzahl oder Drehmoment und Andruck oder auch alle Werte gleichzeitig mit einem derartigen komplexen Meßwertaufnehmer ermittelt und zur Auswertestelle weite^eleitet werden.In order to limit the metrological effort as much as possible, according to a further embodiment of the invention provided that the transducers for torque and pressure with those for the speed and / or the energy requirements are combined. Both speed and pressure, as well as Torque and speed or torque and pressure or all values at the same time with such complex transducers are determined and forwarded to the evaluation point.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher prläutert.The invention is explained in more detail below with reference to a drawing.
In der einzigen Figur ist eine Testbohrung wiedergegeben. Hierzu wird in den Kohlenstoß 1 ein Bohrloch 2 getrieben, wobei das im Bohrlochtiefsten 3 anfallende Bohrklein kontinuierlich aus dem Bohrloch 2 herausgetragen wird. Hierzu weist die Bohrmaschine 5 eine Bohrstange 6 mit Schneckengewinde auf, das dafür Sorge trägt, daß das von der Bohrschneide 7 gelöste Bohrklein kontinuierlich abgefördert wird.A test hole is shown in the single figure. For this purpose, a borehole 2 is driven into the coal face 1, the one at the bottom 3 of the borehole Cuttings are continuously carried out of the borehole 2. For this purpose, the drill 5 has a Boring rod 6 with a worm thread, which ensures that the cuttings loosened from the cutting edge 7 is continuously conveyed away.
Die Bohrmaschine .5 weist eine Bohrung 8 auf, in die die Bohrstange 6 eingeführt ist. In diesem Bereich ist die Meßwelle 9 zur Ermittlung des Drehmomentes und der Kraftmesser 10 zur Ermittlung des Andruckes angeordnet, wobei beide wie im dargestellten Beispiel erläutert in einer Vorrichtung kombiniert sein können.The drill .5 has a bore 8 into which the drill rod 6 is inserted. In this area is the Measuring shaft 9 for determining the torque and the dynamometer 10 for determining the pressure are arranged, both can be combined in one device as explained in the example shown.
Mit Hilfe einer derartigen Meßvorrichtung kann darüber hinaus auch gleichzeitig wie erläutert die Drehzahl und der Energiebedarf ermittelt werden. Sowohl der Energiebedarf als auch die Drehzahl je Längeneinheit Bohrfortschritt werden von dem Andruck in Bohrrich tung, dem der Maschine abverlangten Drehmoment und der Festigkeit des zu durchbohrenden Materials beeinflußt. Beim Bohren unter erhöhtem Gebirgsdruck ist diese Festigkeit veränderlich. Die Kohle kann dann nämlich im Bohrlochtiefsten spontan zerbrechen, so daß nur noch gelockerte Kohle zu durchbohren ist Der Andruck geht dann in charakteristischer Weise zurück und kann sogar negativ werden. Weiterhin kann die Bohrlochwand sich unter der Wirkung des Gebirgsdruckes verengen und dadurch das Gestänge im äußersten Fall festklemmen. Hier erfährt das Drehmoment einen charakteristischen Verlauf, der eine Interpretation des Spannungszustandes des Gebirges zuläßt Die Messung der Kennwerte Andruck und Drehmoment ist deshalb für die Beurteilung des Zusammenhangs zwischen Energieverbrauch und gebirgsschlaggefährlichen Spannungen erforderlich. Der Andruck gibt Aufschluß darüber, inwieweit die Energie noch zum Lc£ J,ösen der Kohle verbraucht wird. Bei ziehendem Gestänge wird die Energie fast nur noch für das Abfördern der spontan hereingebrochenen Kohle verbraucht und ein großer Verbrauch oder eine große Umdrehungszahl zeigen dann an daß viel Kohle hereingebrochen ist und die Gebirgsspannungen entsprechend hoch sind. Das Drehmoment gibt zu erkennen, ob ein Festklemmen droht und läßt dadurch Rückschlüsse auf die Gebirgsspannungen im bereits durchbohrten Teil des Bohrloches zu.With the help of such a measuring device, the speed and the energy requirement can also be determined at the same time, as explained. Both the energy requirement and the speed per unit length of drilling progress are influenced by the pressure in the drilling direction, the torque required by the machine and the strength of the material to be drilled. When drilling under increased rock pressure, this strength is variable. The coal can then break spontaneously in the deepest part of the borehole, so that only loosened coal has to be pierced. The pressure then decreases in a characteristic way and can even become negative. Furthermore, the borehole wall can narrow under the action of the rock pressure and thereby clamp the rod in the extreme case. Here the torque experiences a characteristic curve, which allows an interpretation of the stress state of the rock. The measurement of the characteristic values of pressure and torque is therefore necessary for the assessment of the relationship between energy consumption and stresses that are dangerous for rockfall. The pressure gives information about the extent to which the energy nor the Lc £ J eyelets, the coal is consumed. When the boom is pulling, the energy is almost only used for conveying away the coal that has spontaneously broken in, and a high consumption or a high number of revolutions then indicate that a lot of coal has broken in and the rock stresses are correspondingly high. The torque indicates whether there is a risk of jamming and thus allows conclusions to be drawn about the rock stresses in the part of the borehole that has already been drilled through.
Damit können Testbohrergebnisse erreicht werden, die für rechtzeitige Sicherheitsvorkehrungen und für wirtschaftliche Maßnahmen von großer Tragweite sind. Durch zwei voneinander unabhängige Meßvorgänge ist die Sicherheit weiter erhöht, wobei verschieden geartete, aber miteinander in Beziehung stehende Meßgrößen erfaßt und zur Beurteilung herangezogen werden.This allows test drilling results to be achieved that are necessary for timely safety precautions and for economic measures are of great importance. By means of two independent measuring processes the security is further increased, with different types of but related measurands are recorded and used for assessment.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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